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CalcGospel 國際數學圖譜
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IAL 2025 May Q1

A Level / Edexcel / S1

IAL 2025 May Paper · Question 1

题目

Problem

The discrete random variable XX has probability distribution

xx11223344
P(X=x)P(X=x)0.30.30.20.20.350.350.150.15

(a) Find F(3.5)F(3.5)

(1)

(b) Find P(3X3<X+2)P(3X-3<X+2)

(2)

(c) Find E(X)E(X)

(2)

(d) Show that Var(X)=1.1275\operatorname{Var}(X)=1.1275

(3)

(e) Find Var(52X)\operatorname{Var}(5-2X)

(1)

解答

(a)

解法一

思路

展开

F(3.5)F(3.5) 表示 P(X3.5)P(X\leqslant 3.5)。因为 XX 只能取 1,2,3,41,2,3,4,所以要把 1,2,31,2,3 的概率相加。

答题过程

展开

Since XX is discrete,

F(3.5)=P(X3.5)=P(X=1)+P(X=2)+P(X=3)=0.3+0.2+0.35=0.85.\begin{align*} F(3.5) =&\,P(X\leqslant 3.5)\\[3mm] =&\,P(X=1)+P(X=2)+P(X=3)\\[3mm] =&\,0.3+0.2+0.35\\[3mm] =&\,0.85. \end{align*}

(b)

解法一

思路

展开

先把不等式化成关于 XX 的范围,再从概率表中选出满足条件的 xx 值。

答题过程

展开

Solve the inequality first:

3X3<X+22X<5X<2.5.\begin{align*} 3X-3&<X+2\\[3mm] 2X&<5\\[3mm] X&<2.5. \end{align*}

Therefore the possible values are X=1X=1 and X=2X=2.

P(3X3<X+2)=P(X<2.5)=P(X=1)+P(X=2)=0.3+0.2=0.5.\begin{align*} P(3X-3<X+2) =&\,P(X<2.5)\\[3mm] =&\,P(X=1)+P(X=2)\\[3mm] =&\,0.3+0.2\\[3mm] =&\,0.5. \end{align*}

(c)

解法一

思路

展开

离散型随机变量的期望用

E(X)=xP(X=x).\begin{align*} E(X)=\sum xP(X=x). \end{align*}

也就是每个取值乘以对应概率,再全部相加。

答题过程

展开 E(X)=1(0.3)+2(0.2)+3(0.35)+4(0.15)=0.3+0.4+1.05+0.6=2.35.\begin{align*} E(X) =&\,1(0.3)+2(0.2)+3(0.35)+4(0.15)\\[3mm] =&\,0.3+0.4+1.05+0.6\\[3mm] =&\,2.35. \end{align*}

(d)

解法一

思路

展开

要证明方差,先算 E(X2)E(X^2),再用

Var(X)=E(X2)[E(X)]2.\begin{align*} \operatorname{Var}(X)=E(X^2)-[E(X)]^2. \end{align*}

上一小题已经得到 E(X)=2.35E(X)=2.35,这里可以直接承接。

答题过程

展开

First find E(X2)E(X^2):

E(X2)=12(0.3)+22(0.2)+32(0.35)+42(0.15)=0.3+0.8+3.15+2.4=6.65.\begin{align*} E(X^2) =&\,\, 1^2(0.3)+2^2(0.2)+3^2(0.35)+4^2(0.15)\\[3mm] =&\,\, 0.3+0.8+3.15+2.4\\[3mm] =&\,\, 6.65. \end{align*}

Using E(X)=2.35E(X)=2.35,

Var(X)=E(X2)[E(X)]2=6.65(2.35)2=6.655.5225=1.1275.\begin{align*} \operatorname{Var}(X) =&\,\, E(X^2)-[E(X)]^2\\[3mm] =&\,\, 6.65-(2.35)^2\\[3mm] =&\,\, 6.65-5.5225\\[3mm] =&\,\, 1.1275. \end{align*}

Therefore

Var(X)=1.1275.\begin{align*} \operatorname{Var}(X)=1.1275. \end{align*}

解法二

思路

展开

方差定义法。直接利用方差的定义式 Var(X)=(xE(X))2P(X=x)\operatorname{Var}(X) = \sum (x - E(X))^2 P(X=x) 计算。带入 E(X)=2.35E(X) = 2.35,算出每个取值与期望差的平方,再乘以对应的概率。这个方法直接展示了方差作为“偏离度”的本质定义。

答题过程

展开

From part (c), the expectation is E(X)=2.35E(X) = 2.35.

Using the definition of variance Var(X)=(xE(X))2P(X=x)\operatorname{Var}(X) = \sum (x - E(X))^2 P(X=x):

Var(X)=(12.35)2P(X=1)+(22.35)2P(X=2)+(32.35)2P(X=3)+(42.35)2P(X=4)=(1.35)2(0.3)+(0.35)2(0.2)+(0.65)2(0.35)+(1.65)2(0.15)=(1.8225)(0.3)+(0.1225)(0.2)+(0.4225)(0.35)+(2.7225)(0.15)=0.54675+0.0245+0.147875+0.408375=1.1275.\begin{align*} \operatorname{Var}(X) =&\,\, (1 - 2.35)^2 P(X=1) + (2 - 2.35)^2 P(X=2)\\[3mm] &\,\, + (3 - 2.35)^2 P(X=3) + (4 - 2.35)^2 P(X=4)\\[3mm] =&\,\, (-1.35)^2 (0.3) + (-0.35)^2 (0.2)\\[3mm] &\,\, + (0.65)^2 (0.35) + (1.65)^2 (0.15)\\[3mm] =&\,\, (1.8225)(0.3) + (0.1225)(0.2)\\[3mm] &\,\, + (0.4225)(0.35) + (2.7225)(0.15)\\[3mm] =&\,\, 0.54675 + 0.0245 + 0.147875 + 0.408375\\[3mm] =&\,\, 1.1275. \end{align*}

Therefore, Var(X)=1.1275\operatorname{Var}(X) = 1.1275.

(e)

解法一

思路

展开

方差的线性变换规则是

Var(a+bX)=b2Var(X).\begin{align*} \operatorname{Var}(a+bX)=b^2\operatorname{Var}(X). \end{align*}

常数 55 不影响方差,系数 2-2 会让方差乘以 (2)2=4(-2)^2=4

答题过程

展开 Var(52X)=(2)2Var(X)=4(1.1275)=4.51.\begin{align*} \operatorname{Var}(5-2X) =&\,(-2)^2\operatorname{Var}(X)\\[3mm] =&\,4(1.1275)\\[3mm] =&\,4.51. \end{align*}